尋夢新聞LINE@每日推播熱門推薦文章，趣聞不漏接❤️
提起存儲信息的媒介，我們一般想到的是硬碟、光盤，或者還有早先的軟盤和磁帶，恐怕誰也不會想到，大自然最古老、迄今容量最大的存儲媒介其實在我們每個人身上，也在身邊每一個生物體內，那就是存儲生命密碼的DNA。
自地球上最早的生命出現以來，大自然通過DNA存儲信息至今已經沿用了35億年。硬碟、光盤在地上摔幾次恐怕就要報廢，再也讀不出數據來，而DNA卻不怕摔，不怕凍，經久耐用，即便離開生物體，在自然環境中也能保存數萬年而不腐。
當然，最令人羨慕不已的還是它那驚人的存儲能力。我們知道組成DNA的基本單元是脫氧核苷，每個脫氧核苷都帶一個鹼基，而鹼基共有四種類型：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞核嘧啶（C）。如果用0、1、2、3各代表一個鹼基，就組成一個四進制的存儲方式。人類基因組包含大約相當於750 MB的信息，這麼多信息就儲存在一條比細胞還小得多的DNA上。這些信息事無巨細地告訴我們的身體：鼻子該長哪兒，眼睛長成什麼顏色，某個蛋白該怎麼合成……
大自然既然早已經為我們發明了這麼強大的存儲工具，我們為何不利用起來呢？科學家早就想到了這一點，並且近年來隨著生物技術的突飛猛進，這一設想正走向現實。
在生命體內「刻字」
起初，科學家的設想是把信息存到生物體的DNA中。
我們知道，在DNA上，不僅存放著那些與生命活動有關的基因，還存放著大量曾經與生命活動有關、但後來失效了的基因。我們稱這種基因為「垃圾基因」。對於有用的基因，一個鹼基都不能隨便更改，而對於垃圾基因，其上面的鹼基不論怎麼改動都不會對生命活動造成影響。如果我們把DNA比喻成一本書，這些垃圾基因就相當於書中插進去的一段段亂碼。在亂碼段落里，里面的字符不論怎麼排，都不影響我們對整本書內容的理解，——因為除了傻子，誰會去讀這些亂碼呢。
不可思議的是，在大多數生物體DNA這本大書中，竟然多數段落都是亂碼。就拿人類的DNA來說，97%的區域都被垃圾基因占據了，人類基因組22000個有用基因，總長度僅占DNA的3%。
於是科學家想，既然DNA上的「亂碼區」可以隨意填寫，那何不填寫上我們需要保存的信息呢？舉個例子。現在要在DNA上存儲「大科技」三個字。我們先把它們轉化為電腦上的二進制碼，然後再把二進制碼轉化為DNA上的「鹼基文字」，譬如說轉化結果是「A-T-T-A-C-C-G」，最後在某個細菌的DNA上的垃圾基因截取一段，把該段的「亂碼文字」用「A-T-T-A-C-C-G」替代。那麼隨著這個細菌不斷繁殖，只要這段區域不發生基因突變，所有後代身上都將帶上了「A-T-T-A-C-C-G」這段信息。幾百年後，我們的後人只要抓起一個細菌，通過基因測序，把這段代碼測出來，就可以還原它所代表的意思——哦，原來是「大科技」！
2000年，美國生物學家就把一段信息「刻」進了細菌的體內，當然不是「大科技」三個字——我們還沒有這麼榮幸。他們刻進去的是愛因斯坦著名的質能方程「E=MC2」。2003年，有人又把迪士尼動畫片中的一段曲子「刻」進了細菌體內。2010年，當首個人造細胞誕生時，主管該項工作的美國基因學家卡耐基·文特爾又把所有參與該項目的科學家的名字「刻」進了人造細胞的DNA上。
在人造DNA上刻寫
順便提一下，為什麼上述實驗都要用細菌刻寫呢？因為細菌是無性生殖的，也就是說，除非發生基因突變，子代和母代的DNA是完全相同的。有性生殖的生物就不行，因為在交配過程中，基因要發生重組，來自另一方的「亂打字符」將插進你刻的信息里頭，到了下一代的DNA上，你恐怕就讀不出原先的意義來了。
這種方法很巧妙，是不是？可惜還有缺點。因為生物體的基因總在發生著突變，不論有用還是沒用的基因概不例外。基因突變在分子水平上表現為核苷酸上的鹼基要麼被取代，要麼缺失，要麼插進新的鹼基。所以，你「刻寫」在生物體上的信息，一代代隨著時間的推移，錯誤將越來越多，譬如，「刻」在細菌DNA上的「大科技」過上幾千年讀出來說不定就成「小科技」了，再過上幾千年壓根兒就完全沒有意義了。
為了避開這個缺點，由美國哈佛大學的分子生物學家喬治·邱奇主管的一個小組2012年8月嘗試了另一種辦法。他們所用的材料不是活細胞的DNA，而是人工合成的DNA。人造DNA除了不會發生基因突變這一優點外，還有一個好處是整條DNA都可以用於刻寫，不像活細胞的DNA，刻寫時你得小心翼翼地避開有用的基因。
在刻錄的時候，他們先把文字、圖片都轉化成電腦上的二進制代碼；然後用A或C代替0，用G或T代替1（這樣做實際上把DNA上的四進制簡化成了二進制）；最後按這個編碼在試管里合成出人造DNA。因為目前人工合成長鏈DNA還比較困難，他們就採用了好多段短鏈DNA，這些短鏈DNA有秩序地排布在玻璃晶片上，信息則被分存在這些短鏈DNA上，——這類似把硬碟分成幾個扇區。讀的時候，用基因測序儀器按秩序讀出這些DNA上的鹼基編碼，然後還原成二進制0和1的編碼，最後電腦就可以把信息所包含的文字、圖片都顯示出來。
驚人的存儲能力
這一次，邱奇等人竟然在人造DNA上「刻」進了整整一本書的內容，這本書包含53246個英文單詞，11張圖片和1個電腦程序，總計5.27MB。所儲存的信息量比過去DNA上「刻」進信息的最高紀錄還要高600多倍。出錯率僅為百萬分之二，就是說，這麼一本厚書，僅出錯幾個字母。這些信息在常溫下至少能穩定保存40萬年。
用DNA存儲信息，容量大得驚人。在這次實驗中，科學家總共用了55000段短鏈DNA，但DNA總質量還不到萬億分之一克。據計算，單1克的DNA就能存儲4.55×1020比特，倘若把這些信息刻成光盤，需要1000億張DVD。目前人類每年生產的全部數字信息，僅用4克DNA就可儲存。
不過，用DNA存儲跟同光盤存儲一樣有個缺點，那就是一旦製作成，就只能讀，不能寫。因此，這種辦法比較適用於需要長期備份保存的大容量數據，像我們電腦上寫文章，需要經常修改，那就沒必要用它來保存數據了。
目前，DNA存儲還有另兩個缺點，一個是費用比較昂貴，還有一個是刻錄和讀取都比較慢。比如這次為了刻這本書，科學家就用了好幾天。但隨著生物技術的發展，這兩個缺點未來都將會被克服。就拿基因測序的費用來說（因為DNA存儲和讀取都需要用到基因測序技術），2012年的費用僅是2001年的百萬分之一。
所以用DNA做超級硬碟，廉價、快速地存儲海量信息不是遙遠的夢想。
